边坡稳定性分析与加固

第１２卷　第２期　２０１２住　中　国水运　Ｎｏ　２　２月　Ｃｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　２Ｏ１　２　边坡稳定性分析与加固　蔡程俊　（上海勘测设计研究院，上海２００４３４）　摘要：边坡是人类工程活动中最常见的一种自然地质环境。边坡工程涉及到国民经济建设的各个方面，随着人ＶＩ　的急速增长和土地的过度开发，边坡问题已成为全球性三大地质灾害之一。文中阐述了边坡破坏的形式和特征，对　影响边坡的稳定性因素作了深入研究，并提出了边坡的稳定性分析方法和目前边坡工程中常用的一些加固防护技术。　关键词：边坡；稳定性分析；影响因素；加固措施　中图分类号：Ｕ４１　７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－７９７３（２０１２）０２－０２５４—０２　近些年来，随着我国经济的飞速发展，科学技术的不断　提高以及对资源的不断需求，人类的工程活动也日益增多，　边坡工程已涉及国民经济的各个方面，如何分析边坡的稳定　性，提出既经济又安全的加固方案，已成为摆在人们面前亟　水对边坡岩体有着多方面的影响，水的活动会对边坡岩　体造成一定的破坏。水作为自然流动的物质，会对岩石的变　形产生一定的影响，有时甚至加快岩石的变形破坏速度。水　对岩石的破坏程度主要取决于岩石的结构特征。水对岩体的　影响体现在两个方面：一是水具有的物理化学作用，这些作　用能改变岩石的结构或成分，二是水具有力学效应。这两者　结合起来会影响岩石的受力过程。　２岩体结构影响稳定　待解决的重大的关键性技术问题。　一、边坡破坏的形式和特征　边坡破坏分为变形和破坏两种方式。边坡变形区别其他　变形是在破体内不会出现连续性的破坏面；而破坏则是贯通　性的破坏面已经在坡体内形成，并且在加速位移。变形与破　坏是一个连续的发展过程，是一种量与质的转换关系。其特　征主要体现在以下几方面。　通过对岩体的稳定性分析，发现结构面严重的影响着坡　体的稳定，由于岩土边坡表面倾斜，在自身重量和外力的作　用下使得整个结构面都向低处滑动。即使结构面的一个面的　滑动力大于结构体抵抗滑动的能力，就会发生滑坡。从许多　的工程失事的原因分析得出：边坡的岩体失稳主要是因为结　构面的剪切滑移、张拉破裂或是错动变形造成的。为了确保　（１）边坡的成坡会使原有的地质面貌遭受破坏，相应地，　地貌的破坏直接会影响坡体的状态，经过重新分布的坡体，　会根据坡体的不同特征产生不同程度的破坏。从边坡的变形　到边坡的破坏是一个渐进的过程，这个过程相当的复杂，并　边坡的稳定，应该对掩体的成因类型及填充物与边坡临空面　的关系进行特别研究。　三、边坡的稳定性分析方法　且没有固定的期限，有的时间很长，有的时间比较短。不具　备抗破坏特征的坡体是很容易被破坏和变形的。　（２）岩体的变形有松动和蠕动这两种形式。岩坡在刚开　始形成的时候，会在坡体中出现一些倾斜的张开裂隙。使边　坡岩体向临空方向张开。这就是坡体松动现象。这种松动缝　在边坡稳定性分析中，主要有定量分析法、定性分析法，　其中在定量分析法中最为常用的有极限平衡分析法、有限元　法这两种方法。　１定量分析法　隙町以在有两种产生形式，一是在应力的重新分布中产生，　二是沿原有的陡倾裂隙发育而成。坡体张开但没有滑移，张　开的程度和分布的密度由坡面向深处不断减小。　在边坡的定量分析法中包含着很多种方法，其中最常用　的两种方法是极限平衡法和定性分析法。极限平衡分析法是　边坡稳定性分析中采用的一种比较成熟的方法。是将滑动土　体分成若干块，通过分析块体的受力状况来建立边坡的平衡　公式。边坡的稳定程度由安全系数来表示。其中，如果无粘　性土进行直线滑动，则被定义为抗滑力之比，如果进行曲线　（３）边坡岩体在坡体应力的长期作用下，向临空方向持　续而缓慢的变形，这个过程被成为蠕动。蠕动是由岩土体的　粒间滑动或错开的裂纹造成的，还有一种可能就是岩体的裂　隙在扩展时导致的。岩体的破坏过程就是这种在应力作用下　缓慢变形的过程演变而来。根据斜坡的蠕动速度，可以分为　滑动，则被定义为抗滑力矩之比。其评判标准是：系数大于　ｌ时为稳定，等于１时为临界，小于１时为失稳。极限平衡　减速蠕动和加速蠕动。减速蠕动指的是斜坡的坡体剪应力低　于岩体强度。反之，加速蠕动是指剪应力值接近或超过岩体　强度。　二、边坡稳定的影响因素　法的发展比较完善，它虽然不能对岩土结构的变形情况进行　分析，但能精确的评价出岩体结构的稳定性。有限元法作为　一种基于变形的数值分析方法可以通过对坡体原始力学情况　边坡的稳定受环境因素和人为因素的影响，具体来说，　影响其稳定性的因素主要体现以下两个方面：　１　地下水影响稳定　以及施工过程的合理模拟，解算出坡体在不同状态下的力学　状态。得到坡体内的应力场、位移场等结果。数值方法是用　来分析应力应变状态和考虑介质的复杂性的。它的作用是能　收稿日期：２０１　１—１２—１５　作者简介：蔡程俊，上海勘测设计研究院。　第２期　蔡程俊：边坡稳定性分析与加固　２５５　够帮助人们更好的认识边坡变形的原因和类型。有限单元法　一般和极限平衡法结合使用。它可以通过分析边坡的有限元，　算出边坡的应力应变效果，根据极限平衡法算出最小安全系　数，或者通过减少单元的强度指标直至失去平衡。强度指标　的降低倍数是用安全系数来表示的。有限元法最大的优点是　它可以分析任何形状的结构体，而且可以考虑边坡的内部应　力和应变问题。　２．定性分析法　定性分析法分析的是影响边坡稳定的因素和破坏形式。　通过勘察地质来实现。通过分析岩体变形的原因和变形的过　程，来对对边坡的稳定性状态及发展趋势做出解释。它的优　势是能快速的评价出边坡的稳定状态。边坡稳定的定性分析　法包括：力学法、工程类比法和图解法。其中地质力学法是　在岩体结构的基础上提出的边坡稳定分析方法。该方法实际　上是建立在岩体结构的理论基础上的。主要是研究软弱结构　是如何控制边坡的变形和破坏的。它可以运用一些方法来得　出边坡有哪些不稳定的块体，以及这些块体的形态。并运用　相应的强度指标来评价边坡的稳定。工程类比法是建立在边　坡稳定性分析的成果之上的。在已经研究好的稳定性中应用　设计经验。图解法中的赤平极射投影法主要是对结构面和临　空面的关系进行稳定性分析。可以用这种方法分析结构面的　性质和发育程度。　四、边坡防护与加固措旋　１．预应力锚索加固　预应力锚索具有施工安全、缩短工期、方便经济、实用　等特点。一般将预应力锚索预锚张拉力简化为作用于滑动面　或潜在滑动面上的集中力或简化为作用于坡面上的集中力。　使用预应力的弊端是难以计算固体的下滑力和控制应力。一　般适用于岩质边坡。　２．抗滑桩加固　抗滑桩是一种钢筋水泥混凝土结构，主要用于处理滑坡　或是防止边坡下滑。是一种比较理想的抗滑设施。它的优点　是能够承受较大的土体压力或是滑坡推力。适用于边坡开发　后土体压力大或有滑坡推力的情况。锚索抗滑桩比抗滑桩能　承受更大的土体压力或滑坡推力，桩顶加了锚索后可使埋入　土里的桩长大或缩短。同样适用土体压力大或有滑坡推力的　情况。　３．挡土墙防固　挡土墙是一种结构简单，施工方便的防固方法，可以根　据不同的形式分为重力式、半重力式、扶臂式、悬臂式、锚　定板式、锚杆式和加筋挡土墙式。主要适用于浆砌片石砌筑　或混凝土灌注。　４．排水固结　排水固结是使用树枝状盲沟和排水管来对边坡进行加固　的。它具有工艺简单和耗用材料少的优点，但是遇到滑层时，　必须要用支挡构建物才能达到好的效果。　５．压浆锚柱加固　压浆锚柱是一种往地层注入水泥浆以改变岩体的物理力　学性质的稳定边坡的方法。它的优点是设备要求小，耗用材　料少。其缺点是遇到有滑层的地方，需要配设支档构造物方　能达到满意的效果。　五、边坡防护的应用实例　为了让读者能对边坡的稳定性和加固了解的更加透彻，　笔者以江苏宜兴抽水蓄能电站为例，阐述了对该水电站的稳　定性分析和防固措施。　１．宜兴电站的地质概况　宜兴水电站的下水口山脊两侧陡峭，而且两侧均有深沟。　基岩以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩为主，岩层均风化破碎，其　中，软弱岩体分布范围广，由于受到地下水和岩体的挤压，　导致软弱夹层发育，产生大量的破碎泥化夹层，进／出水口断　裂构造发育，且破碎带内发育碎裂岩和断层泥。花岗斑岩地　表呈风化状。并且软弱岩层和软弱夹层倾向坡外，形成滑裂　面，这十分不利于边坡的稳定。　２．边坡的稳定性分析　根据相关的规定，自然边坡或是采用抗滑桩加固的边坡　稳定安全系数为１．１５，运行期取为１．３０。需要强调的是，　有关规定指出装机１，２００ＭＷ以上的水电站为一类。而宜兴　水电站是的装机规模虽然只有１，０００ＭＷ，但很早以前就审　定了工程等级。综合分析，可以将它的边坡等定为一级。　根据相关的规定，当采用预应力锚杆进行锚固时，应该　采用分项系数法进行计算，通过计算得出其安全系数指数为：　施工竣工期为１．２６，正常运行期为１．５３。　３．边坡稳定加固措施　根据对水电站的稳定性分析，可以知道进／出水口边坡应　采用预应力锚索加固措施，总共布置２０５根预应力锚索，其　中，将１，０００ｋＮ的预应力锚索主要布置在花岗岩岩脉部分，　将长度５０ｍ或是５５ｍ的锚索间距控制为３ｍ，同排的锚索　用钢筋混凝土地梁连。　锚索形式：由于宜兴电站进／出水口边坡岩石破碎，有较　多的软弱岩层和软弱夹层，又有花岗斑岩入侵，因此应该采　用压力分散型的内锚头，使锚索充分达到锚固力值又不会出　现岩体破环现象。由于施工开挖期是控制工况，因此采用自　由式的无链接预应力锚索能更快速的提供锚固力。而加波纹　管双层保护的预应力锚索解决了破碎岩体地质条件下预应力　锚索钢绞线的防腐问题。　六、总结　总的来讲，为了确保边坡的稳定性，我们应当在深入掌　握边坡变形破坏机理和类型的基础上，全面分析影响边坡稳　定的因素，进而采取各种行之有效的方法，进行加固，从而　实现边坡工程经济效益和社会效益双赢的局面。　参考文献　『１】刘耀儒，黄跃群，杨强，宋胜武，冯学敏．基于变形加固　理论的岩石边坡稳定和加固分析Ｕ１．岩石力学，２０１１，　（１１）．　【２】李高怀．浅析边坡Ｘ－－程防护加固技术【Ｉ１．山西建筑，２００８，　（３）．　【３】丁浪．边坡稳定分析和抗滑桩优化设计ＩＤ１．合肥：合肥工　业大学，２０１０，（３）．